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《钢铁研究总院》 2012年
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Al_2O_3-BaO-B_2O_3系新型高铝钢连铸保护渣的应用基础研究

王强  
【摘要】:高铝钢连铸过程中保护渣的SiO2被钢中的[Al]大量还原,造成渣中Si02含量大幅减少和碱度的明显上升,生成的Al2O3进入渣中导致保护渣的熔化温度、黏度急剧增加和玻璃形态的恶化,从而对铸坯表面质量和连铸工艺顺行产生不利影响。 为此,本研究首先进行了高铝钢连铸保护渣吸收Al2O3的热力学和动力学分析,并针对宝钢20Mn23AlV高铝钢用保护渣进行计算。结果表明:20Mn23AlV高铝钢连铸过程中,为阻止钢中[Al]与保护渣中SiO2反应,当提高渣中A1203含量至30%时,要求渣中SiO2含量小于5%。渣中Al2O3含量于浇铸开始后15min内迅速增加,然后缓慢增加并趋于平衡,其增量约为23wt%。渣中A1203含量随浇铸时间的变化主要与渣中Al2O3的初始含量w0、A12O3的反应平衡含量w*、渣中Al2O3的质量传输系数kF,A12O3、钢液中Al2O3夹杂含量WM和吸收比例常数β等影响因素有关。 建立了Al2O3-BaO-B2O3三元系的活度模型,讨论了BaO/Al2O3、B2O3含量和温度对各组元活度的影响,并绘制了Al2O3-BaO-B2O3三元系的等活度曲线图。根据计算结果初步选定适合于高铝钢连铸保护渣的Al2O3-BaO-B2O3三元渣系成分范围:Al2O3:40-50%, BaO:30-40%, B2O3:10~20%。通过Al2O3-BaO-B2O3系新型高铝钢保护渣的二次通用旋转设计试验,找出了适用于高铝钢连铸的保护渣成分范围:(CaO+BaO)/Al2O3:0.7-1.1,(B2O3+SiO2):12.5-20%, CaF2:7.5-12.5%,(Na2O+Li2O):11-17%, MnO:2-6%。 根据20Mn23AlV钢种特点及连铸工艺条件对保护渣的性能要求,在Al2O3-BaO-B2O3系新型高铝钢连铸保护渣成分范围研究的基础上,开发出适用于20Mn23AlV高铝钢浇铸的保护渣,熔化温度为980℃、黏度为2.45dPa.s、结晶率为0%。浇铸后该保护渣的熔化温度为1042℃、黏度为3.11dPa.s、结晶率为15%。浇铸前后保护渣成分及性能变化不大,能够满足连铸生产的要求。 通过扫描电镜和X射线衍射分析方法对比研究了不同高铝钢连铸保护渣的结晶矿相。结果表明:CaO-Al2O3-SiO2高铝钢连铸保护渣初始SiO2含量较高,属硅酸盐网络结构,保护渣的玻璃形态较好。浇铸过程中随着保护渣Al2O3含量的增加和SiO2含量的减少,保护渣的结晶率增加,玻璃性能变差。渣中主要析出Na3MgAl Si2O8、Na4Al2Si2O9、CaAl2Si2O8、Ba2Al2Si2O8、NaAlO2、Ca7MgAl10O23” Na4Ca3(A102)10等晶体。而Al2O3-BaO-B2O3系新型高铝钢连铸保护渣B2O3含量较高,保护渣的玻璃形态较好。浇铸过程中Al2O3含量小幅增加,渣中主要析出少量的NaAlSi3O8、CaAl2Si2O8等晶体。 通过对新型高铝钢连铸保护渣及其预熔料在室温-1300℃温度范围内的热重和差热分析,发现该渣在100℃左右脱出吸附水;440℃左右发生低熔点氧化物B2O3的熔化;500-690℃温度范围内发生碳酸盐的分解;玻璃化转变温度约为840℃:950℃左右发生碳酸钠的熔化;保护渣的熔化温度约为1150℃,并伴随NaF气体的挥发。 通过对新型高铝钢连铸保护渣与普通连铸保护渣在室温-1200℃温度范围内的比热测定可得,新型高铝钢保护渣的比热由1.046J/(g·K)增至2.291J/(g·K),总吸热量约为1925.6J/g,平均热容约为1.638J/(g·K)。普通保护渣的比热由1.046J/(g·K)增至2.514J/(g·K),总吸热量约为1751.7J/g,平均热容约为1.491J/(g·K)。 本论文研究工作有以下创新之处: (1)建立了高铝钢连铸保护渣吸收Al2O3的动力学计算模型,系统研究了浇铸过程中高铝钢连铸保护渣Al2O3含量的变化及影响因素; (2)进行了Al2O3-BaO-B2O3三元系的活度计算,讨论了不同因素对各组元活度的影响,并绘制了等活度曲线图; (3)针对20Mn23AlV高铝钢,研制出以Al2O3-BaO-B2O3为基础渣系的新型高铝钢连铸保护渣。
【学位授予单位】:钢铁研究总院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TF777

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【参考文献】
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